Koronowany został 16 listopada 1870.
Czas panowania Amadeusza I to jeden z trudniejszych okresów w historii Hiszpanii. W kraju wrzały zamieszki republikańskie i karlistowskie, powstania w Kraju Basków i Katalonii, Kuba żądała niepodległości. Monarchistyczni posłowie w Kortezach błagali go, by dokonał zamachu stanu i wprowadził absolutyzm, na co Amadeusz, popierany przez ojca, nie chciał się zgodzić. Po zamachu na jego życie latem 1872 Amadeusz zaczął mieć dosyć Hiszpanii i doszedł do wniosku, że tym krajem nie da się rządzić. 11 lutego 1873 ogłosił swą abdykację. Wieczorem tego samego dnia proklamowano w Hiszpanii pierwszą w historii kraju republikę (przetrwała tylko dwa lata, po czym wezwano na tron Alfonsa XII Burbona).
Amadeusz powrócił z żoną Marią Wiktorią z ks. dal Pozzo della Cisterna (1846-1876) do Włoch, gdzie od ojca otrzymał księstwo Aosty. Tytułu króla, który mu przysługiwał, nie chciał używać. Z Maria Wiktorią miał trzech synów: Emanuel Filiberto d’Aosta (13 stycznia 1869; 4 lipca, 1931); Wiktor Emanuel (24 listopada 1870; 10 października, 1946), hrabia Turynu; Luigi Amadeo (29 stycznia 1873;